热工自动控制系统

热工自动控制系统试卷A卷一、填空题1、反馈系统的优点是()，缺点是()。2、汽包锅炉给水控制系统的三冲量是（）、（）、（）。3、对某单回路调节系统，分别采用P调节器与PD调节器控制，当对象不变化时，若P调节器的比例带δP与PD调节器的比例带δPD相等，相比P控制时，PD控制下系统的如下特征参数将如何变化：衰减率（），静态偏差（），动态偏差（）。4、评价一个自动调节系统调节过程好坏的品质指标是（）性、（）性、（）性。5、汽包锅炉燃烧过程自动控制系统的三个被调量是（）、（）、（）。6、单元机组控制对象的两个被控参数是（）、（）。7、机炉分开控制中机跟炉TF的优点是（）、缺点是（）。8、除经验法外，单回路控制系统工程整定方法还有（）、（）、（）。9、热工控制系统框图中环节的基本连接方式分为（）、（）、（）。二、问答题1、什么是静态偏差与动态偏差。2、说明常规调节策略中有几种基本调节作用，微分D作用的特点是？3、单回路控制系统临界比例带法整定步骤。4、再热汽温控制为什么不能采用喷水减温作为主控措施？现场常采用的烟气侧再热汽温控制手段有哪几种（至少写出三种）。5、热工对象分为几类，并以电厂中实际对象为例说明其典型代表。三、画图分析题1、方框图等效变换，求传递函数C(s)/R(s)G2(s)R(s)C(s)-G1(s)G4(s)G3(s)-+2、画出BF原理图，说明其特点并指出有何方法可克服BF的缺点。3、画出汽包锅炉给水全程控制系统中低负荷阶段采用的单冲量调节系统原理图，并说明其原因。四、计算题1、某对象阶跃响应曲线如下图所示，阶跃输入为2，求该对象高阶传递函数。若某单回路系统中只含有PI调节器与上述对象，试整定PI调节器的参数。00.511.522.533.50102030405060708090100110120130140150160170180190200210t/sT/℃01230102030405060708090100110120130140150160170180190200210t/sr(t)/cm所需用到的表格如下：2、已知某系统的特征方程为5432()2266440Assssss，利用劳斯判据判定该系统的稳定性。热工自动控制系统A卷参考答案二、问答题控制器0.2cT0.21.5cTKpTiTdKpTiTdP10.72.6(0.08)ccTKTPI0.833.30.62.6(0.08)ccTKT0.8cT1、答：静态偏差是指调节过程结束后，被调量的稳态值与给定值的偏差。（2分）动态偏差是指调节过程中，被调量偏离给定值的最大值。（2分）2、答：常规调节策略中有比例（P）、积分（I）及微分（D）三种调节作用。（1分）微分作用的特点是：超前调节，补偿延时和惯性；调节过程结束后，偏差存在但不变化时，D不起作用。（4分）3、答：（1）将控制器的积分时间置于最大，置微分时间为零，将比例增益Kp置于一个较小值。（2分）（2）将系统投入闭环运行，待系统稳定后逐渐增大比例增益Kp，直到系统进入等幅振荡状态。（1分）（3）根据曲线记录振荡周期TK及此时的比例增益KPK，查表计算控制器参数。（1分）（4）将计算得到的参数带回系统微调，直到控制过程满意为止。（1分）4、答：再热汽温控制若采用喷水减温作为主控措施，将使得汽轮机中、低压缸蒸汽流量增加，增大汽轮机中、低压缸的输出功率。总功率不变时减小了高压缸的做功份额，机组热效率降低。（3分）常用烟气侧方案有：烟气挡板、燃烧器摆角、烟气再循环及汽汽热交换器。（写出其中3个即可）5、答：热工对象分为2两类，分别是有自平衡能力对象和无自平衡能力对象。（2分）在电厂中有自平衡能力对象的典型代表是过热汽温，无自平衡能力对象的典型代表是水位。（2分）三、画图分析题1、方框图等效变换如下图所示G2(s)R(s)C(s)-G1(s)GI(s)G2(s)R(s)C(s)GII(s)其中334()()1()()IGsGsGsGs（给出GI表达式及图形3分）113411311334134()()()()()()()()1()()1()()()()1()1()()IIIGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsGs（给出GII表达式及图形2分）故1212341334()()()()()()()()1()()()()GsGsGsGsGsGsCsRsGsGsGsGs2、原理图：画出上述图形或是给出方框图均可认为正确。（4分）特点：机组负荷适应性好（1分），稳定性差（1分）。克服方法：将压差信号送入机侧或功差信号送入炉侧。（两者答对1个即可1分）3、PIZKK0()WWsH0HHW（图形3分）低负荷时虚假水位现象不明显（1分）；给水流量与蒸汽流量的测量存在高准低不准现象（1分）；低负荷时蒸汽流量与给水流量由于排污的存在出现不平衡现象（1分）。四、计算题1、按切线法画图，如下图所示。由于人为画切线，允许数据偏差。以切线是否合适作为判断标准。正确画出切线2分。00.511.522.533.50102030405060708090100110120130140150160170180190200210t/sT/℃01230102030405060708090100110120130140150160170180190200210t/sr(t)/cm由上述切线可得：迟延时间27s，时间常数16427137cTs由27/1370.197cT，查表得：0.1970.10422.820.2180.104n（1分）由n=2.82查表得Tc/T=3.516因此T=137/3.516=38.96≒39s（1分）放大系数K=3/2=1.5（1分）故对象传递函数为：2.831.51.5()(139)(139)Gsss由于0.1970.2cT查控制器表左侧1分0.830.83/(3/137/2*27)2.813.33*2781PiKTs2分注：由于切线画法可能会导致迟延时间与时间常数出现不同数值，所得结果不一定与答案中数据一致是允许的。判定准确是以切线是否准确为前提，只要切线准确，传递函数表达式或者控制器参数与答案不同也可认为正确。2、由特征方程列劳斯阵如下：s5264s4264s300全零行（3分）s2s1s0用S4行作为系数构建辅助方程得2s4+6s2+4=0（1分）对上述辅助方程求导得8s3+12s=0（1分）将求导后方程系数代替全零行s5264s4264（2分）s3812s234s14/3s04构建辅助方程后，劳斯阵第一列为正数，表明该系统临界稳定。（1分）热工自动控制系统B卷一、填空题1、前馈系统的优点是()，缺点是()。2、汽包锅炉给水控制系统的三扰动是（）、（）、（）。3、对某单回路调节系统，分别采用P调节器与PI调节器控制，当对象不变化时，若P调节器的比例带δP与PI调节器的比例带δPI相等，相比P控制时，PI控制下系统的如下特征参数将如何变化：衰减率（），静态偏差（）。4、热工自动调节系统在阶跃信号冲击下呈现上述响应形式，说明上述4种基本形式的名称分别是（a）、（b）、（c）、（d）。5、电厂热工自动控制的基本内容可分为（）、（）、（）和（）。6、汽包锅炉燃烧过程自动控制系统的三个调节量是（）、（）、（）。7、写出二阶系统标准方程（）。8、机炉分开控制中炉跟机BF的优点是（）、缺点是（）。9、描述热工对象的两种方法是（）和（）。二、问答题1、什么是时域分析，时域分析的性能指标有哪些2、说明常规调节策略中有几种基本调节作用，积分I作用的特点是？3、单回路控制系统衰减曲线法整定步骤。4、可用于组成控制系统的基本环节有哪几种。5、自动控制系统的被调量、控制量（调节量）及扰动的定义三、画图分析题1、方框图等效变换，求传递函数C(s)/R(s)。-G1(s)G2(s)G4(s)++G3(s)R(s)C(s)2、画出TF原理图，说明其特点并指出有何方法可克服TF的缺点。3、画出汽包锅炉给水串级三冲量控制系统原理框图，说明主调节器与副调节器分别承担何任务。四、计算题1、已知某系统的特征方程为5432()33220Assssss，利用劳斯判据判定该系统的稳定性2、某对象阶跃响应曲线如下图所示，阶跃输入为2，求该对象高阶传递函数。若某单回路系统中只含有PI调节器与上述对象，试整定PI调节器的参数00.511.522.533.50102030405060708090100110120130140150160170180190200210t/sT/℃01230102030405060708090100110120130140150160170180190200210t/sr(t)/cm所需用到的表格如下：热工自动控制系统B卷参考答案二、问答题1、答：时域分析是指控制系统在一定的输入下，根据输出量的时域表达式，分析系统的稳控制器0.2cT0.21.5cTKpTiTdKpTiTdP10.72.6(0.08)ccTKTPI0.833.30.62.6(0.08)ccTKT0.8cT定性、瞬态和稳态性能。时域分析性能指标有动态性能指标和静态性能指标。动态性能指标有：上升时间、峰值时间、调节时间、超调量及振荡次数。（2分）静态性能指标：静态偏差1分2、答：常规调节策略中有比例（P）、积分（I）及微分（D）三种调节作用。（1分）积分I作用的特点是：无差调节；积分作用的加入降低系统稳定性。（4分）3、答：（1）将控制器的积分时间置于最大，置微分时间为零，将比例增益Kp置于一个较小值。（2分）（2）将系统投入闭环运行，待系统稳定后逐渐增大比例增益Kp，直到系统进入4:1或10:1振荡。（1分）（3）根据曲线记录振荡周期Ts及此时的比例增益KPK，查表计算控制器参数。（1分）（4）将计算得到的参数带回系统微调，直到控制过程满意为止。（1分）4、答：比例环节、积分环节、惯性环节、理想微分、实际微分、振荡环节、迟延环节。（每项1分）5、答：被调量：表征生产过程是否正常并需要加以调节的物理量。（2分）控制量：在执行机构控制下改变并控制被调量变化的物理量，也称为调节量。（2分）扰动：引起被调量变化的各种因素。（2分）三、画图分析题1、方框图等效变化如下图所示-G1(s)G2(s)G4(s)++G3(s)R(s)C(s)1/G2(s)GI(s)GII(s)R(s)C(s)其中：12124()()()1()()()IGsGsGsGsGsGs1分233221()()1G()()()()IIGsGssGsGsGs1分故：2311231212421241()()()()()()()()()()1()()()()1()()()GsGsGsGsGsGsGsGsCsRsGsGsGsGsGsGsGs1分2、（2分）（1分）画出上述图形或是给出方框图均可认为正确。（4分）特点：机组负荷适应性差（1分），稳定性强。（1分）克服方法：将功差引入汽机侧。（1分）或相应给出图形亦可给分。3、正确画出如下图形5分。主调PI1承担的任务是精确保证水位的稳定。（1分）副调PI2的任务是克服给水量与蒸发量的内、外扰。（1分）四、计算题1、由特征方程列劳斯阵如下：s5132s4132s300全零行s2s1s0用S4行作为系数构建辅助方程得s4+3s2+2=0对上述辅助方程求导得4s3+6s=0将求导后方程系数代替全零行s5132s4132s346s23/24s12/3s02构建辅助方程后，劳斯阵第一列为正数，表明该系统临界稳定。2、按切线法画图，如下图所示。由于人为画切线，允许数据偏差。以切线是否合适作为判断标准。正确画出切线2分。PI2KZKµWWH(s)H0-+γHγWaW-WDH(s)γDaD++HDWPI100.511.522.533.501020304050